JY04機械原理課程設計-壓床機械設計

1、 壓床機械設計1、機構(gòu)簡介設計要求電動機與曲柄垂直，使用壽命10年，每日一班制工作，載荷有中等沖擊，允許曲柄轉(zhuǎn)速偏差為±5%。要求凸輪機構(gòu)的最大壓力角應在許用值a之內(nèi)，從動件運動規(guī)律見設計數(shù)據(jù)，執(zhí)行構(gòu)件的傳動效率按0.95計算，按小批量生產(chǎn)規(guī)模設計。原始數(shù)據(jù)與要求如下表：1 圖1根據(jù)給定的數(shù)據(jù)確定機構(gòu)的運動尺寸，lCB=0.5lBO4，lCD=(0.250.35)lCO4。要求用圖解法設計。連桿機構(gòu)的運動分析。將連桿機構(gòu)放在直角坐標系下，編制程序，分析出滑塊6的位移、速度、加速度及搖桿4的角速度和角加速度，并畫出運動曲線。連桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析。通過建立機構(gòu)仿真模型，并給系統(tǒng)加力，編

2、制程序求出外加力，并作出曲線，求出最大平衡力矩和功率。2 凸輪機構(gòu)設計。根據(jù)所給定的參數(shù)，確定凸輪的根本尺寸。將凸輪機構(gòu)放在直角坐標系中，編程畫出凸輪的實際輪廓。2、電動機的選擇由轉(zhuǎn)速n2=90r/min，選用一般用途的電動機。選擇電動機容量Pmax=2.12kw ,Pw=Pmax/0.9=2.36 kw。工作機軸轉(zhuǎn)速n2= r/min?？梢园锤骷夶X輪傳動比820，所以電動機轉(zhuǎn)速可選范圍：n=i*n2=(815)*90=7201800 r/min。考慮到總體選用同步轉(zhuǎn)速為1000 r/min的Y系列異步電動機Y80M1-4，其滿載轉(zhuǎn)速n=1390 r/min3、傳動機的選擇設計要求電動機軸與工

3、作軸垂直，且傳動比比較大，同時為使傳動更加平穩(wěn)，齒輪強度應較高，考慮采用直齒錐齒輪-斜齒圓柱齒輪傳動。 錐齒輪的加工比較困難，特別是大尺寸錐齒輪。此時還應考慮是否能到達制造精度和本錢多少問題。 采用封閉式齒輪傳動，可以得到良好的潤滑與封閉，更能適應在鑄造車間繁重惡劣的條件下長期工作，且使用與維護方便。 綜上所述，采用系統(tǒng)方案如下所示：3 圖2傳動裝置總傳動比：i=1390/90=15.444、執(zhí)行機構(gòu)方案選型設計與比較 圖3方案優(yōu)點：此為雙導桿機構(gòu)，因其運動具有對稱性所以其處于的極位夾角很大，有明顯的急回運動。其行程平均速度增大系數(shù)K顯著增大，平均速度增大。 缺點：但是此機構(gòu)卻不如凸輪，因為凸

4、輪有間歇運動。有利于在壓床機械中運用。所以此方案不適于壓床機構(gòu)。4 圖4方案如以下圖，此機構(gòu)曲柄4為主動件，由連桿2帶動搖桿1擺動由桿1帶動從而沖頭做往復移動。由圖可看出，1,2,4可構(gòu)成四桿機構(gòu)，其有急回的特性。但是沖頭主要是由桿1帶動，裝置所具有的急回特性在由桿1傳到?jīng)_頭時不明顯。因為由機械效率的定義可知，機構(gòu)越多其傳動效率越低，損耗越大，所以由桿1再到?jīng)_頭因為有損耗此方案不好。所以此方案不適合壓床。 圖5方案5 如以下圖：主動件2到連桿帶動擺桿4到桿件5進而帶動滑塊6作往復移動。此機構(gòu)有急回的運動特性。但桿4帶動桿5主要靠的是連桿3的推力使連桿5運動，而方案主要靠的是拉力，且此拉力會導致

5、滑塊與導軌之間的摩擦加大，不僅有磨損而且運動的速度也大打折扣。本方案借用桿件3的推力可以大大減小方案的弊端。與方案相比較本方案有顯著的急回特性。相比方案凸輪機構(gòu)有間歇的優(yōu)點。所以綜合各個方案的比較最終采用本方案是最好的。5、機構(gòu)設計執(zhí)行機構(gòu)的設計 圖6綜上所述采用如以下圖的方案。該圖為執(zhí)行機構(gòu)的簡圖，在設計時盡量使其所占空間最小，使其傳動角到達最大，這樣有利于機構(gòu)的運轉(zhuǎn)。而且此機構(gòu)可以實現(xiàn)急回運動。確定其尺寸采用的是CAD作圖圖解法。如以下圖。利用CAD標注出尺寸，再根據(jù)LCB=0.5LBO4，6 LCD=(0.250.35)LCO4。由幾何關(guān)系得出LO4B=95mm, LBC=48mm, L

6、CD=41.75mm。最后由極位夾角位置得出，LAO2=90mm，LO2B=156.48mm。 凸輪機構(gòu)的設計凸輪機構(gòu)的設計及其運動曲線采用的是軟件編程制作，按照選擇數(shù)據(jù)的設計要求推動從連桿8的推、回程運動規(guī)律均為正弦運動。正弦運動既無剛性沖擊又無柔性沖擊所以我們即按其正弦規(guī)律進行設計。解析法設計凸輪，需要求出凸輪輪廓曲線的解析函數(shù)式。盤形凸輪輪廓曲線是一種平面曲線，通?？捎弥苯亲鴺藖砻枥L。按確定凸輪機構(gòu)的根本尺寸求出理論廓線外凸曲線的最小曲率半徑， min，選取滾子半徑rr.。下面按照給定條件來設計該凸輪的輪廓曲線。表2 求凸輪的理論輪廓曲線方程從動件運動規(guī)律為正弦規(guī)律以凸輪的基圓圓心為直角

7、坐標軸的原點。Y軸與推桿軌道，平行且指向上方。因為理論廓線由推程、遠休止、回程和近休止四局部組成，所以輪廓的直角坐標方程也分四段求出。 推程局部：在此階段作等加速度上升。以下為運動位移方程： s=h(/0 )-sin(2/0 )/(2)v=hw1-cos(2/0 )/ a=2h0 sin(2/0 )/ 由題意得h=20 0=74° 遠休止局部：此期間推桿靜止，s=20mm,所以該局部凸輪廓線為一7 段圓弧，其半徑為R=e=0。設s0為開始時滾子中心位于凸輪理論廓線的起始點到x軸的距離。 凸輪廓線的直角坐標參數(shù)x=Rsinj方程為y=Rcosj式中j是圓弧上的點和原點之間的連線與Y軸的

8、夾角。根據(jù)理論廓線在圖中的幾何關(guān)系可得j=d+arctane R74°84°回程局部以下為回程運動方程式：s=h1-(/ )+sin(2/ )/(2)v=hwcos(2/ )-1/a=-2h sin(2/ )/近休止局部：運動到這一階段，推桿靜止，s=0,該局部凸輪的理論輪廓曲線為基圓的一局部圓弧。所以凸輪廓線的直角坐標參數(shù)方程為x=rosinjy=rocosj式中 j是圓弧上的點和原點之間的連線與Y軸的夾角，根據(jù)理論廓線在圖中的幾何關(guān)系，可得j=d+arctane。 s0所以有x=r0sin(d+j) y=r0cos(d+j) 158°360°dx=(

9、v-e)sind+(s0+s)cosd 凸輪的實際輪廓曲線方程: dd dy=(v-e)cosd+(s0+s)sinddd (1)凸輪基圓半徑確實定：根據(jù)凸輪基圓公式：ro³e2+ds/dd-e/tana-s2因為我們設計的凸8 輪e =0 ds/d=v/w采用回程速度公式v=hwcos(2/ )-1/當其在回程走完到近休止時即在=130°， =60°時代入式中即可得出 = 60mm 滾子半徑公式(0.10.15) 得出滾子半徑 9mm 根據(jù)方程可以用matlab軟件進行編程，得出如以下圖：圖7，圖8，圖9，圖10 圖7 圖8 9 圖9 圖106、執(zhí)行機構(gòu)運動分析

10、10 圖11 圖12 11 C點的位移圖 A點的位移圖 連桿AB上任意位置圖7、循環(huán)圖12 8、設計心得由于在設計方面我們沒有經(jīng)驗，在設計中難免會出現(xiàn)這樣那樣的問題。如：在選擇計算標準件是可能會出現(xiàn)誤差，如果是聯(lián)系緊密或者循序漸進的計算誤差會更大，在查表和計算上精度不夠準確。由于我們經(jīng)驗缺乏，在設計中出現(xiàn)很多問題，如軟件根底不好，理論力學根底部扎實。由于在設計過程中大量運用了計算機輔助設計，使我們對MATLAB,CAD等工程軟件的了解應用水平大大提高，從中我們也體會到了計算機輔助設計的優(yōu)點，增強我們學習工程軟件的興趣。在設計的過程中，培養(yǎng)了我綜合應用機械原理課程及其他課程的理論知識和應用生產(chǎn)實際知識解決工程實際問題的能力，在設計的過程中還培養(yǎng)出了我們的團隊精神，大家共同解決了許多個人無法解決的問題，在這些過程中我們深刻地認識到了自己在知識的理解和接受應用方面的缺乏，在今后的學習過程中我們會更加努力和團結(jié)。 由于本次設計是分組的，自己獨立設計的東西不多，但在通過這次設計之后，我想會對以后自己獨立設計打下一個良好的根底。 13 9、參考資料Mohand, MATLAB與SIMULINK工程運用,電子工業(yè)出版社，2000 江洪，AutoCAD 2